3.2DNA的结构课件-2025-2026学年高一下学期生物人教版必修2

DNA分子的结构 第2节 第三章 基因的本质 沃森和克里克是怎样发现DNA分子的双螺旋结构的? DNA分子的双螺旋结构有哪些主要特点? 1 1.建立者： 1953年，沃森和克里克 克里克: 英国物理学家,对X射线晶体衍射图谱的分析十分熟悉。能够帮助沃森理解晶体学原理。 沃森: 美国生物学家，可以帮助克里克理解生物学的内容。 晚年沃森和克里克在双螺旋结构模型前的最后一次合影 一.DNA双螺旋结构模型的构建 鸟嘌呤脱氧核苷酸 胞嘧啶脱氧核苷酸 胸腺嘧啶脱氧核苷酸 腺嘌呤脱氧核苷酸 2.建立过程： 一.DNA双螺旋结构模型的构建 （1）20世纪30年代，科学家认识到：DNA是以4种脱氧核苷酸为单位连接而成的长链，这4种脱氧核苷酸分别含有A、T、C、G四种碱基。 1′ 2′ 4′ 5′ 3′ 磷酸二酯键 思考：这些脱氧核苷酸是如何连接成DNA长链的呢？ 5′ 5′ 3′ 5′ 3′ 3′ 思考： DNA是由几条链组成的？它具有怎样的立体结构呢？ 2.建立过程： 一.DNA双螺旋结构模型的构建 （2）1951年11月，英国生物物理学家威尔金斯（M.Wilkins）和同事富兰克林（R.E.Franklin）应用X射线衍射技术获得了高质量的DNA衍射图谱。沃森和克里克推测出DNA分子呈螺旋结构。他们先后建构了多种不同双螺旋、三螺旋模型，但是都被否定了。 M.Wilkins R.E.Franklin 2.建立过程： “X”形意味着DNA分子是螺旋的 一.DNA双螺旋结构模型的构建 2.建立过程： 一.DNA双螺旋结构模型的构建 （2）在这些模型中， 碱基位于螺旋的外部。 研究发现：DNA是一个亲水分子，碱基疏水，磷酸、脱氧核糖亲水。 脱氧核糖-磷酸骨架排在外侧；碱基在内侧。 2.建立过程： 一.DNA双螺旋结构模型的构建 问题：DNA中碱基的是如何配对的？ ①DNA分子两条链之间的距离是固定的，直径约为2nm； 假说一：A与T配对，G与C配对； 假说二：A与C配对，G与T配对。 ②嘌呤是双环化合物，嘧啶是单环化合物（如图所示）； 据此推测位于DNA内部的碱基如何配对？可以提出哪些假说？ 嘌呤与嘧啶配对 碱基组成 碱基比例 A G C T A/T G/C (A+G)/(T+C) (A+T)/(G+C) 人 30.9 19.9 19.8 29.4 1.05 1.01 1.03 1.52 鸡 28.8 20.5 21.5 29.2 0.99 0.95 0.97 1.38 海胆 32.8 17.7 17.3 32.1 1.02 1.02 1.02 1.85 酵母菌 31.3 18.7 17.1 32.9 0.95 1.09 1.00 1.79 大肠杆菌 24.7 26 25.7 23.6 1.05 1.01 1.03 0.93 1952年，查哥夫访问剑桥大学，给出重要的数据提示 2.建立过程： （3）查哥夫法则： 在DNA中，腺嘌呤(A)的量=胸腺嘧啶(T)的量； 鸟嘌呤(G)的量=胞嘧啶(C)的量。 一.DNA双螺旋结构模型的构建 沃森和克里克构建出DNA双螺旋结构模型：脱氧核糖-磷酸骨架排列在外侧，碱基在内侧，A和T配对，C和G配对。 1953年，沃森和克里克撰写的论文在英国杂志《自然》上发表，引起极大的轰动。 1962，沃森、克里克和威尔金斯三人因这一研究成果共同获得了诺贝尔生理学或医学奖。 威尔金斯 克里克 沃森 2.建立过程： 一.DNA双螺旋结构模型的构建 富兰克林于1958年因卵巢癌去世，无缘诺贝尔奖。 2.建立过程： 一.DNA双螺旋结构模型的构建 威尔金斯和富兰克林提供____________ DNA是以4种__________为单位连接而成的长链，分别含有_____________4种碱基 沃森和克里克推算出DNA分子呈_____结构 脱氧核苷酸 A、T、G、C DNA衍射图谱 螺旋 尝试建立多种不同的模型：双螺旋、三螺旋 被否定 查哥夫提出DNA分子中A的量等于 ,C的量等于 。 修正、重建 构建DNA 模型 验证 DNA具有恒定的直径；能解释4种碱基的数量关系；制作的模型与DNA的X射线衍射照片推算出的DNA双螺旋结构相符。 沃森和克里克 双螺旋结构 T G 0.34nm 3.4nm 2nm 讨论2.沃森和克里克默契配合，揭示了DNA的双螺旋结构，是科学家合作研究的典范，在科学界传为佳话。他们的这种工作方式给予你那些启示？ ③研究小组成员在知识背景上最好是互补的，对所从事的研究要有兴趣和激情等。 ①要善于利用他人的研究成果和经验； ②要善于与他人交流、合作，闪光的思想是在交流与碰撞中获得的； 2.建立过程： 思考•讨论：DNA双螺旋结构模型的构建 一.DNA双螺旋结构模型的构建 二.DNA分子的结构 P 4 1 3 5 2 o A H P T H P C H P G H 腺嘌呤脱氧核苷酸 胸腺嘧啶脱氧核苷酸 鸟嘌呤脱氧核苷酸 胞嘧啶脱氧核苷酸 4 1 3 5 2 o 1 2 3 4 5 o G T A C OH P P P P 氢键 OH 磷酸二酯键 1、DNA分子是由 组成的，这两条链按 方式盘旋成双螺旋结构。 2、DNA分子中的 交替连接，排列在 ，构成 ；碱基排列在 。 3、两条链上的碱基通过 连接成碱基对，并且碱基配对具有一定的规律：遵循 原则。 在DNA双链中，A=T,G=C，且A、T之间形成两个氢键，G、C之间形成三个氢键。 两条单链 反向平行 脱氧核糖和磷酸 外侧 基本骨架 内侧 氢键 碱基互补配对 二.DNA分子的结构 2.下面是DNA的结构模式图，请写出图中①~⑩的名称。 课本P52——练习与应用 1 2 3 4 P P P P G T A C 5 6 7 8 10 9 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 胞嘧啶（C） 腺嘌呤（A） 鸟嘌呤（G） 胸腺嘧啶（T） 脱氧核糖 磷酸 胸腺嘧啶脱氧核苷酸 碱基对 氢键 一条脱氧核苷酸 链的片段 一个DNA分子有___个游离的磷酸基团， 位于两条链的_______； 一个脱氧核糖上连着______个磷酸基团； 一个磷酸基团上连着______个脱氧核糖； 一个脱氧核糖上连着___个碱基； DNA两条链之间相邻的碱基由_____连接， 一条链中相邻碱基也是通过这个连接的吗？ 2 1或2 1或2 氢键 1 5'端 3' 3' 5' 5' 不是 DNA的结构——练习 能否表示一个脱氧核苷酸？ 后者可以，前者不可以。 DNA的特性 总结 3．碱基的特定的排列顺序，构成了DNA分子的_______。 2．碱基的排列顺序千变万化，构成了DNA分子的______。若某DNA分子中有n个碱基对，则排列顺序有 种。 多样性 特异性 A G G T C T A G … T C C A G A T C … 4种 4种 4种 4种 4种 4种 4种 4种 … T A A T C G G C G G T C T A G C C A G A T C 4n 1．磷酸和脱氧核糖交替连接的方式不变；两条链间碱基互补配对的方式不变。这说明DNA分子结构具有 性。 相对稳定 三、制作DNA双螺旋模型 探究•实践 目的要求 通过制作模型，加深对DNA结构特点的认识和理解。 １.制作磷酸脱氧核糖和含氮碱基的模型材料时,须注意各分子的大小比例。 ２.磷酸、脱氧核糖和含氮碱基三者之间的连接部位要正确。 ３.制作两条长链时，注意每条链上碱基总数要一致，碱基对间应是互补配对的，两条链方向是相反的。 模型设计 1.制作脱氧核苷酸 制作出一个个含有不同碱基的脱氧核苷酸模型 三、探究•实践：制作DNA双螺旋结构模型 2.制作脱氧核苷酸链 将制成的脱氧核苷酸模型连接成长链。 按照碱基互补配对原则将两条链间的碱基连接 3.制作DNA双链平面结构 三、 探究•实践：制作DNA双螺旋结构模型 4.制作DNA空间结构模型 双手分别提起两端，拉直双链，向右旋转一下，即可得到一个DNA分子的双螺旋空间结构模型。 2 DNA碱基数目的相关计算规律 根据碱基互补配对原则可知，A1＝T2，A2＝T1，G1＝C2，G2＝C1。 请据此完成以下推论： 1. A1＋A2＝________________；G1＋G2＝________________。 即：双链中A＝___，G＝___， A＋G＝______＝______＝______＝__________________。 T1＋T2 C1＋C2 A1 T2 T1 A2 G1 C2 C1 G2 DNA双链 1链 2链 T C T＋C A＋C T＋G 1/2(A＋G＋T＋C) 规律一：双链DNA分子中嘌呤碱基总数等于嘧啶碱基总数，任意两个不互补碱基之和为碱基总数的一半。 SZ-LWH SZ-LWH 二、 DNA的结构 2 DNA碱基数目的相关计算规律 2. A1＋T1＝__________；G1＋C1＝__________。 A2＋T2 G2＋C2 规律二：互补碱基之和所占比例在任意一条链及整个DNA分子中都相等，简记为“补则等”。 = A1+T1 N1 A2+T2 = N2 A+T N = C1+G1 N1 C2+G2 = N2 C+G N N1 N2 N A1 T2 T1 A2 G1 C2 C1 G2 DNA双链 1链 2链 根据碱基互补配对原则可知，A1＝T2，A2＝T1，G1＝C2，G2＝C1。 请据此完成以下推论： SZ-LWH SZ-LWH 二、 DNA的结构 即两者的关系是_____________。 3.若 ，则 = T1+G1 = m A1+C1 T2+G2 A2+C2 m 1 互为倒数 根据碱基互补配对原则可知，A1＝T2，A2＝T1，G1＝C2，G2＝C1。 请据此完成以下推论： N1 N2 N A1 T2 T1 A2 G1 C2 C1 G2 DNA双链 1链 2链 规律三：非互补碱基之和的比值在两条互补链中互为倒数，简记为“不补则倒”。 2 DNA碱基数目的相关计算规律 SZ-LWH SZ-LWH 二、 DNA的结构 A+T A+T+G+C = A2+T2+G2+C2 A2+T2 = A1+T1+G1+C1 A1+T1 = m% m% m% A1 T2 T1 A2 G1 C2 C1 G2 DNA双链 1 2 （A1+T1）%= (A2+T2）%=(A+T)% 2 DNA碱基数目的相关计算规律 规律四：双链DNA中互补碱基和与碱基总数之比，与任意一条链的这种比值相等。 SZ-LWH SZ-LWH 二、 DNA的结构 【方法总结】三步解决DNA分子中有关碱基比例计算 第一步：找准题中已知的和所求的碱基比例是占整个DNA分子碱基的比例，还是占DNA分子一条链上碱基的比例。 第二步：画出一个DNA分子模式图，并在图中标出已知的和所求的碱基。 第三步：根据碱基互补配对原则及其规律进行计算。 【易错提醒】：碱基数量计算的两个易错点 (1)看清单双链：所求的碱基占单链中的比例还是双链中的比例。 (2)看清“个”或“对”：题干给出的碱基数是多少“对”还是多少“个”。 有关碱基的计算： 【课堂小结】 (2014山东)某研究小组测定了多个不同双链DNA分子的碱基组成，根据测定结果绘制了DNA分子的一条单链与其互补链、一条单链与其所在DNA分子中碱基数目比值的关系图，下列正确的是（　　　　） C 【当堂检测】 EVCapture4.1.9软件录制 Lavf57.25.100 本视频由湖南一唯信息科技开发的EV录屏软件录制，www.ieway.cn $